Abenteuer Astronomie

Es war ein Verfahren, auf das weite Teile der Forschergemeinde große Stücke setzte: Belebte Planeten außerhalb des Sonnensystems mittels Biosignaturen in ihren Atmosphären zu identifizieren. Denn die Zusammensetzung der Atmosphären könnte verraten, ob auf den Planeten Leben existiert. Doch ein solches Signal taugt kaum zum Nachweis von Leben, vor allem dann nicht, wenn der Planet von einem Mond umkreist wird. Unter dem Sammelbegriff der Biosignaturen bzw. Biomarker versteht man Gase wie Sauerstoff (O2), Ozon (O3), Wasser – speziell als Wasserdampf – (H2O), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Methan (CH4), die auf biologische Aktivität eines Exoplaneten hinweisen könnten. Mittels Spektropolarimetrie sollten Methoden entwickelt werden, um Biosignaturen extraterrestrischer Ökosysteme qualitativ belastbar detektieren zu können.

Im Einzelnen verrät ein ungewöhnliches Mengenverhältnis der Biomarker untereinander die mögliche biologische Aktivität. Ein Ungleichgewicht im Mengenverhältnis zweier oder mehrerer Biosignaturen entsteht mit hoher Wahrscheinlichkeit nur dann, wenn Lebewesen mit ihrem aktiven Stoffwechsel das Verhältnis der Stoffe verändern. Auf einem unbelebten Planeten pendeln sich hingegen die Verhältnisse auf ein natürliches Gleichgewicht ein.

Als Paradebeispiele der Biomarker gelten der molekulare Sauerstoff und Methan. 2012 erprobten Astronomen diese Möglichkeit mit dem VLT und analysierten den Erdschein. Aufgrund des prinzipiellen Funktionsnachweises der Methodik (man »entdeckte«, dass die Erde von Wolken bedeckt ist und konnte sogar sehen, wie sich der Grad der Bedeckung im Laufe der Zeit änderte. Man fand große Ozeane, außerdem »entdeckte« man die Vegetation am Erdboden und damit den Beweis dafür, dass auf der Erde Leben existiert) entwickelte sich schnell die Absicht, mit zukünftigen astronomischen Instrumenten, wie z.B. dem European Extremely Large Telescope diesen Ansatz zur Erforschung von Biosignaturen auf Exoplaneten voranzutreiben und auch bei Exomonden anzuwenden.

Nun aber scheint es, als ob ausgerechnet die kleinen Planetenbegleiter diesen Überlegungen – geringstenfalls bei der Anwendung auf Zwillingserden – zuwiderlaufen Denn besitzt der fragliche Exoplanet einen Mond mit eigener Atmosphäre, verschmelzen die Spektren beider Himmelskörper miteinander, was eine differenzierte Aussage über den Ursprung der auffälligen Daten ausschließt. So könnte beispielsweise das ungewöhnliche Sauerstoff-Methan-Verhältnis vom Planeten selber stammen, oder ein sauerstoffreicher Exoplanet könnte von einem methanreichen Exomond (ähnlich dem Titan) umkreist werden.

Der derzeitige Stand der technischen Möglichkeiten erlaubt es auf Jahrzehnte nicht zuverlässig, beide Fälle voneinander zu unterscheiden. Wie sich mittels Simulationen synthetisch generierter Spektren von Exoplaneten und –monden zeigte, lässt sich derzeit eine solche notwendige Unterscheidung zweier Spektren, oder das Ausschließen eines Mondes, nur bis zu einer Entfernung von etwa 30 bis 32 Lichtjahren zum zu untersuchenden Objekt realisieren. Bei deutlich größeren Supererden oder Planeten um massearme Sterne allerdings dürfte die klassische Zwei-Substanzen-Biosignatur über größere Entfernungen leichter nachzuweisen sein.

Lars-C. Depka